【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机压气机叶片振动响应概率分析，涉及一种随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法。
技术介绍
1、叶盘转子系统的振动故障主要是由于发动机叶盘系统振动能量不合理分布导致的。通常情况下，发动机的叶盘系统中各叶片被设计为完全相同，即每个叶片谐调一致，叶盘结构表现为循环对称性质。但由于叶片受到加工、运输磨损，材料性质等随机因素的影响，叶片之间的性质均存在很小的差异，即为失谐，叶盘系统的循环对称性被失谐破坏，其动力学特性也会受到很大的影响。失谐后，其振动沿周向不再均匀分布，此时叶片结构在传递能量时，不会像谐调叶盘结构均匀的沿着圆周方向传递出去，叶盘结构的圆周对称循环结构被破坏，振动能量部分被传递，部分被反射，将能量集中于个别叶片，从而易于引起该叶片的振动加剧，造成某些叶片的振动响应幅值过高，即出现振动局部化现象，进而导致严重的事故，如叶片高周疲劳破坏或断裂等，甚至出现人员伤亡。对失谐叶盘进行振动响应分析，引入振动局部化因子，有利于对失谐叶盘的局部化现象进行量化描述，探究不同因素对失谐叶盘的振动响应的影响，进而方便进行可靠性设计。因此，对发动机叶盘系统在失谐条件下的振动响应进行分析具有重大意义。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法。
2、本专利技术提供一种随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，包括：
3、步骤1：建立叶盘的有限元模型，采用赋予每个叶片不同弹性模量的方法等效模拟叶盘的失谐现象
4、步骤2：选取叶片激励幅值、失谐参数、叶盘材料密度和叶盘转速作为叶盘工作过程中出现的随机变量，构成随机变量样本数据集，根据3σ准则选取随机变量的范围；
5、步骤3：通过拉丁超立方采样法对步骤2中选取的随机变量进行小批量抽样，将抽取的随机变量样本代入有限元模型中进行振动响应分析得到叶盘的最大振幅；
6、步骤4：建立kriging代理模型，以随机变量为输入变量，有限元分析得到叶盘最大振幅作为输出变量对kriging代理模型进行训练；
7、步骤5：对随机变量设置好截尾范围和抽样样本数量后，进行蒙特卡洛抽样，将抽取的随机变量带入kriging代理模型得到叶盘的最大振幅，统计叶盘的最大振幅的概率分布；
8、步骤6：对失谐叶盘进行振动响应评价。
9、进一步的，所述步骤1具体为：
10、步骤1.1：测量得到叶盘的基本尺寸参数，包括轮盘内径、外径、轮盘的厚度、叶片的厚度、叶片的偏转角、高度以及宽度；
11、步骤1.2：根据测量得到的数据建立其几何模型；建立一个扇区的几何模型，通过旋转得到整个叶盘的几何模型；
12、步骤1.3：在完成叶盘几何模型的建立后，定义单元类型、定义材料属性并划分网格单元；
13、步骤1.4：叶盘采用钛合金材料，整体叶盘基体部分的建模选用三维八节点六面体固体结构单元solid185；该单元通常用于构造三维实体，通过八个节点来定义单元，每个节点有三个自由度，分别为沿x,y,x三个方向的平动；
14、步骤1.5：定义失调参数δi＝δki/k；假设失谐参数δi服从正态分布，对失谐参数进行随机抽样，根据下式计算失调叶片的弹性模量：
15、ki＝k(1+δi)
16、其中，k表示谐调叶盘叶片的弹性模量，ki表示第i个失谐叶盘叶片的弹性模量为，δki表示第i个叶片的弹性模量变化量；
17、步骤1.6：根据步骤1.5计算的失调叶片的弹性模量对有限元模型中的失调叶片赋值，采用赋予每个叶片不同弹性模量的方法等效模拟叶盘的失谐现象，对叶盘进行失谐模拟。
18、进一步的，所述步骤2具体为：
19、步骤2.1：选取叶片激励幅值、失谐参数、叶盘材料密度和叶盘转速作为随机变量；
20、步骤2.2：采集运行过程中航空发动机叶盘的激励幅值、弹性模型、材料密度和转速数据构成随机变量样本数据集；
21、步骤2.3：统计样本的均值与标准差，根据3σ准则选取随机变量的抽样范围。
22、进一步的，所述步骤3具体为：
23、步骤3.1：通过拉丁超立方法对步骤2中选取的随机变量进行小批量抽样，将抽取的样本代入到叶盘的有限元模型中，频范围设定在1030hz～1200hz区间，对叶盘进行振动响应分析；
24、步骤3.2：在振动响应分析中，叶片振动响应与幅值大小成正相关，取幅值f＝8n，激励阶次取1，叶盘系统的模态阻尼比取0.001。
25、步骤3.3：把激振力加载在叶盘所有叶片的叶尖位置，叶盘转速取工作转速ω＝1021rad/s对叶盘端面施加x、y、z方向约束，求解并记录叶盘的最大振动幅值。
26、进一步的，所述步骤4具体为：
27、步骤4.1：记过一定数量的经有限元分析得到了叶盘的最大振幅与随机变量对应关系的样本点，这些样本点构成样本空间；
28、步骤4.2：从样本空间中选取90％组样本，以随机变量为输入变量，叶盘最大振幅作为输出变量，建立kriging模型；假设x＝[x1,x2,…,xn]为已知输入变量，xn∈x∈rd为d维随机变量；其响应值为y＝[y(x1),y(x2),…,y(xn)]，通过已知的n个已知样本点，预测样本空间中任意位置点x的响应值，其预测值为：
29、
30、其中，c＝[c1,c2,…,cn]t为已知样本点在预测点中所占的权重向量；
31、步骤4.3：通过下式计算权重向量c：
32、ct＝rtr-1
33、其中，r为样本点间的相关系数矩阵，r为预测点与样本点之间的相关系数向量；
34、步骤4.4：采用下面的高斯指数核函数计算相关系数矩阵r和相关系数向量r：
35、
36、r＝[r(x,x1),…,r(x,xn)]t
37、
38、上式中，r(xi,xj)表示随机变量xi和xj的相关系数，表示随机变量xi的第k个维度，表示随机变量xj的第k个维度，参数pk是控制相关函数在第k个维度上光滑程度的参数，其取值范围控制在(0,2]之间；参数θk是决定第k个维度上的属性重要程度的参数，其值大于0，θk越大表示在第k个维度上的属性对相关函数的影响越大；
39、步骤4.5：完成建立kriging代理模型后，用余下的10％组测试样本点来检测kriging代理模型的精度。
40、进一步的，所述步骤5具体为：
41、对失谐参数、叶盘材料密度、叶盘转速、激励幅值设置好截尾范围和抽样样本数量，再进行蒙特卡洛抽样，将抽取的随机变量带入kriging代理模型得到叶盘的最大振幅，统计叶盘的最大振幅的概率分布。
42、进一步的，所述步骤6具体为：
43、在失谐叶盘振动响应评价中，采用同一激励下失谐叶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
5.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
6.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
7.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤6具体为：
【技术特征摘要】
1.一种随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.如权利要求1所述的随机失谐叶盘结构振动响应概率分析方法...
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